專(zhuān)利名稱(chēng)：一種對(duì)稱(chēng)雙apd平衡的近紅外單光子探測(cè)器的制作方法
一種對(duì)稱(chēng)雙APD平衡的近紅外單光子探測(cè)器本發(fā)明涉及一種對(duì)稱(chēng)雙Aro平衡的近紅外單光子探測(cè)器，屬于高速量子探測(cè)和靈敏光電探測(cè)領(lǐng)域。不斷提高光電探測(cè)的靈敏度是探索和揭示微觀世界規(guī)律以及發(fā)展重要前沿科學(xué)和高新技術(shù)的基點(diǎn)和關(guān)鍵。高效率單光子測(cè)控不僅是現(xiàn)代信息科學(xué)、量子技術(shù)、精密測(cè)量、超靈敏探測(cè)等前沿學(xué)科探索的迫切需要，也為量子調(diào)控、納米研究、蛋白質(zhì)研究、和單量子態(tài)測(cè)控等重大科學(xué)研究提供重要技術(shù)與器件，進(jìn)而與表面等離子激元學(xué)、紅外光子學(xué)、分子電子學(xué)等新興學(xué)科交叉正在持續(xù)地推動(dòng)一系列高新技術(shù)的發(fā)展。靈敏光電測(cè)量已成為空天技術(shù)發(fā)展中最核心的基礎(chǔ)之一，在紅外信號(hào)的傳輸和探測(cè)、超靈敏激光測(cè)距與精確定位等領(lǐng)域也有重要的應(yīng)用。另一方面，不斷提高光譜的檢測(cè)靈敏度，特別是借助單光子探測(cè)技術(shù)達(dá)到量子極限的超高靈敏度，已成為現(xiàn)代精密光譜學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要的新方向，在需要微弱光信號(hào)檢測(cè)的光譜痕量分析與計(jì)量領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景如環(huán)境或工業(yè)污染監(jiān)測(cè)、海關(guān)毒品爆炸品檢測(cè)與公安偵破靈敏痕量分析、煤礦礦井化工等安全生產(chǎn)靈敏預(yù)警、有毒危險(xiǎn)氣體的靈敏檢漏、生物發(fā)光與生物分子的靈敏分析等，也可以用于實(shí)現(xiàn)單量子體系如單分子與單量子點(diǎn)超高靈敏度的光譜探測(cè)。單光子探測(cè)還在許多重要應(yīng)用領(lǐng)域，諸如量子保密通信、量子通信網(wǎng)絡(luò)、量子黑客攻擊，量子時(shí)間同步、衛(wèi)星激光雷達(dá)、紅外光電探測(cè)、量子調(diào)控、信息安全等方面有非常重要的應(yīng)用。高效率低噪聲單光子探測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)展超高靈敏度光電探測(cè)的核心。近紅外單光子探測(cè)器在通信波段的應(yīng)用中，量子密鑰分發(fā)技術(shù)可能是最受關(guān)注的領(lǐng)域之一?，F(xiàn)在廣為使用的通信系統(tǒng)和加密方式，原則上都可以被竊聽(tīng)，存在安全隱患。量子保密通信系統(tǒng)是一種以單光子或者糾纏光子對(duì)作為信息載體的絕對(duì)安全的保密通信系統(tǒng)。當(dāng)信源與信宿之間用單光子傳輸信息時(shí)，由于長(zhǎng)距離光纖信道中的損耗，會(huì)損失大量攜帶信息的單光子，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的量子密鑰分發(fā)技術(shù)，探測(cè)器需要有較高的探測(cè)效率、較低的暗計(jì)數(shù)率即信噪比高和較高的工作頻率提高成碼率。高速高效單光子探測(cè)同樣是發(fā)展線性光量子計(jì)算、量子保密通信網(wǎng)絡(luò)等量子信息技術(shù)不可或缺的關(guān)鍵儀器。近紅外單光子探測(cè)需要解決APD蓋格模式飽和增益耗盡載流子、單光子雪崩信號(hào)小于APD (雪崩光電二極管)結(jié)電容噪聲等瓶頸問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)單光子水平下的弱光信號(hào)檢測(cè)，雪崩光電二極管往往需要工作在飽和增益模式蓋格模式下以響應(yīng)單個(gè)光子。然而，在如此高增益下會(huì)使得光生載流子迅速耗盡，短時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù)，限制了其工作頻率，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)光子數(shù)分辨探測(cè)。高增益同樣也帶來(lái)大噪聲，為降低噪聲常采取門(mén)限符合計(jì)數(shù)模式，其中，雪崩光電二極管結(jié)電容噪聲尖峰噪聲通常會(huì)淹沒(méi)光生載流子的雪崩信號(hào)。因此如何實(shí)現(xiàn)雪崩信號(hào)的穩(wěn)定提取，是實(shí)現(xiàn)近紅外單光子探測(cè)的首要問(wèn)題。通常雪崩光電二極管都是工作在門(mén)模式下的，即在不需要進(jìn)行探測(cè)時(shí)Aro兩端的偏置電壓小于雪崩電壓，在需要探測(cè)的時(shí)候，在APD的陰極施加一個(gè)正電壓門(mén)脈沖，APD僅在門(mén)脈沖寬度的時(shí)間內(nèi)處于蓋革模式，可以進(jìn)行單光子探測(cè)。不同于連續(xù)探測(cè)模式，當(dāng)光子到達(dá)的時(shí)間可預(yù)知時(shí)，門(mén)脈沖抑制電路是信噪比最高的探測(cè)方法，原因是APD僅在光子到達(dá)時(shí)開(kāi)啟，處于蓋革模式，而在其他時(shí)刻AH)均處于關(guān)斷狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生任何噪聲計(jì)數(shù)?；陂T(mén)脈沖抑制電路，可以實(shí)現(xiàn)GHz的探測(cè)速率，但是由于APD是容性器件，門(mén)脈沖會(huì)通過(guò)APD的結(jié)電容在取樣電阻上產(chǎn)生一個(gè)微分信號(hào)，我們稱(chēng)之為尖峰噪聲，尖峰噪聲的幅度隨著重復(fù)頻率的提高而增大，成為掩蓋雪崩信號(hào)最主要的噪聲，如何抑制門(mén)脈沖產(chǎn)生的尖峰噪聲，提取雪崩信號(hào)也是近年來(lái)單光子探測(cè)重點(diǎn)研究的技術(shù)之一?；陂T(mén)脈沖工作模式的探測(cè)技術(shù)，其核心在于不斷減低微分噪聲的幅度以及提高雪崩信號(hào)的鑒別度，而目前主流的探測(cè)方法是采用平衡的思想，即生成一個(gè)與尖峰噪聲類(lèi)似的共模信號(hào)，通過(guò)差模網(wǎng)絡(luò)抵消這個(gè)共模信號(hào)，從而提取出雪崩信號(hào)。雙Aro平衡方案，作為一種高效的探測(cè)方法，可以有效地模擬產(chǎn)生尖峰噪聲，達(dá)到較高的抑制比。實(shí)施中，該方案大多采用單極性偏壓的雪崩模式，加載于二個(gè)APD的電壓幅度與波形無(wú)法根據(jù)雙APD的差異調(diào)節(jié)，探測(cè)的噪聲平衡抑制受限于APD差異性能，加載于APD上的脈沖偏置電壓有限，無(wú)法獲得較高的探測(cè)效率以及較低的暗計(jì)數(shù)，方案的實(shí)施完全受限于無(wú)法根據(jù)Aro差異實(shí)現(xiàn)可調(diào)式平衡。另外，采用可調(diào)電容平衡方法，用可調(diào)電容替代Aro模擬產(chǎn)生尖峰噪聲，但是APD的結(jié)電容結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，不同頻率電容響應(yīng)不一樣，特別是在高頻區(qū)，APD的容性噪聲與加載其上的電壓幅度和頻率及波形密切相關(guān)，很難用電容模擬產(chǎn)生相同的容性響應(yīng)效果，所以電容平衡的抑制比大多小于雙Aro平衡的抑制比，一般只適合特定較窄頻域和較低工作頻率的探測(cè)。本發(fā)明克服了上述技術(shù)的不足，提供一種對(duì)稱(chēng)雙Aro平衡的近紅外單光子探測(cè)器，該探測(cè)器能較完美的抑制Aro尖峰噪聲，達(dá)到很高的抑制比，實(shí)現(xiàn)較寬頻域和較高工作頻率的尖峰噪聲平衡抑制探測(cè)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案一種對(duì)稱(chēng)雙APD平衡的近紅外單光子探測(cè)器，包括順次連接的正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路1，雙APD平衡電路4，雪崩信號(hào)提取電路5，雪崩信號(hào)鑒別輸出電路6 ;所述雙APD平衡電路4包括兩個(gè)具有相同結(jié)電容的第一雪崩光電二極管D3、第二雪崩光電二極管D4，在第一雪崩光電二極管D3的負(fù)極上連接有正極性偏壓2，第一雪崩光電二極管D3的負(fù)極與正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路I的正極性窄脈沖輸出端連接，第一雪崩光電二極管D3的正極與第二雪崩光電二極管D4的負(fù)極連接，第二雪崩光電二極管D4正極與正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路I的負(fù)極性窄脈沖輸出端連接；在第二雪崩光電二極管D4正極上連接有負(fù)極性偏壓3 ;所述雪崩信號(hào)提取電路5包括將第一雪崩光電二極管D3產(chǎn)生的雪崩電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱牡谝蝗与娐?1以及將第二雪崩光電二極管D4產(chǎn)生的雪崩電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱牡诙与娐?2,在第一取樣電路51和第二取樣電路52的輸出端連接有將第一雪崩光電二極管D3、第二雪崩光電二極管D4產(chǎn)生的容性噪聲進(jìn)行差分消除的差分運(yùn)算放大器53，所述雪崩信號(hào)鑒別輸出電路6的輸入端接在差分運(yùn)算放大器53的輸出端上。在第一雪崩光電二極管D3的負(fù)極與正極性偏壓2之間連接有第一限流電阻R21，在第二雪崩光電二極管D4正極與負(fù)極性偏壓3之間連接有第二限流電阻R41。
所述正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路I包括順次連接的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器11，用于調(diào)脈寬的微分電路12，產(chǎn)生正負(fù)兩路對(duì)稱(chēng)脈沖的高速ECL比較器13，使正負(fù)兩路脈沖保持一致脈沖與幅度加在第一雪崩光電二極管D3、第二雪崩光電二極管D4上的壓縮整形放大電路14。所述微分電路12包括電容C2和電阻R10，電容C2的一端與時(shí)鐘脈沖發(fā)生器11的輸出端連接，電容C2的另一端與電阻RlO的一端和高速ECL比較器13的正相輸入端連接，電阻RlO的另一端接地。所述高速ECL比較器13的反相輸入端由外部提供的精準(zhǔn)電壓作為比較閾值，所述高速ECL比較器13上設(shè)有輸出正脈沖的第一輸出端Q和輸出負(fù)脈沖的第二輸出端β。 壓縮整形放大電路14包括第一寬帶放大器141和第二寬帶放大器142，第一寬帶放大器141的輸入端與高速ECL比較器13的第一輸出端Q之間連接有第一脈沖壓縮電路143，第二寬帶放大器142的輸入端與高速ECL比較器13的第二輸出端&之間連接有第二脈沖壓縮電路144。在第一雪崩光電二極管D3負(fù)極、第二雪崩光電二極管D4正極與第一寬帶放大器141、第二寬帶放大器142輸出端之間連接有鉗位電路。所述第一取樣電路51包括第一取樣電阻R36和第一傳輸線變壓器Tl,第一取樣電阻R36連接在第一雪崩光電二極管D3正極和負(fù)極性偏壓3之間，第一傳輸線變壓器Tl的初級(jí)線圈兩端分別連接在第一取樣電阻R36兩端，第一傳輸線變壓器Tl的次級(jí)線圈一端與差分運(yùn)算放大器53的一個(gè)輸入端連接，第一傳輸線變壓器Tl的次級(jí)線圈另一端接地；所述第二取樣電路52包括第二取樣電阻R26和第二傳輸線變壓器Τ2，第二取樣電阻R26連接在第二雪崩光電二極管D4正極和負(fù)極性偏壓3之間，第二傳輸線變壓器Τ2的初級(jí)線圈兩端分別連接在第二取樣電阻R26兩端，第二傳輸線變壓器Τ2的次級(jí)線圈一端與差分運(yùn)算放大器53的另一個(gè)輸入端連接，第二傳輸線變壓器Τ2的次級(jí)線圈另一端接地。所述雪崩信號(hào)鑒別輸出電路6包括鑒別高速比較器61。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是摒棄了傳統(tǒng)的單極性偏壓的雪崩模式，采用了雙極性門(mén)脈沖配合雙極性偏壓來(lái)激勵(lì)兩個(gè)雪崩光電二極管，和同類(lèi)技術(shù)相比，在相同的偏壓幅度和門(mén)脈沖幅度的情況下能得到更高的探測(cè)效率，以及較低的暗計(jì)數(shù)，并采用了雙APD平衡的方法消除APD結(jié)電容的容性噪聲，能實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行，各部分電路工作穩(wěn)定，能夠良好的實(shí)現(xiàn)對(duì)近紅外波段單光子高效探測(cè)。

圖1為本發(fā)明的電路方框圖；圖2為本發(fā)明的雙APD平衡電路和雪崩信號(hào)提取電路的連接示意圖；圖3為本發(fā)明的正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路的電路原理圖；圖4為本發(fā)明為雪崩信號(hào)提取電路和雪崩信號(hào)鑒別輸出電路的電路原理圖。以下通過(guò)附圖結(jié)合具體實(shí)例方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明如圖1-2，本發(fā)明介紹一種對(duì)稱(chēng)雙AH)平衡的近紅外單光子探測(cè)器，包括順次連接的正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路1，雙APD平衡電路4，雪崩信號(hào)提取電路5，雪崩信號(hào)鑒別輸出電路6 ;所述雙APD平衡電路4包括兩個(gè)具有相同結(jié)電容的第一雪崩光電二極管D3、第二雪崩光電二極管D4，在第一雪崩光電二極管D3的負(fù)極上連接有正極性偏壓2，第一雪崩光電二極管D3的負(fù)極與正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路I的正極性窄脈沖輸出端連接，第一雪崩光電二極管D3的正極與第二雪崩光電二極管D4的負(fù)極連接，第二雪崩光電二極管D4正極與正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路I的負(fù)極性窄脈沖輸出端連接；在第二雪崩光電二極管D4正極上連接有負(fù)極性偏壓3 ;所述雪崩信號(hào)提取電路5包括將第一雪崩光電二極管D3產(chǎn)生的雪崩電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱牡谝蝗与娐?1以及將第二雪崩光電二極管D4產(chǎn)生的雪崩電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱牡诙与娐?2，在第一取樣電路51和第二取樣電路52的輸出端連接有將第一雪崩光電二極管D3、第二雪崩光電二極管D4產(chǎn)生的容性噪聲進(jìn)行差分消除的差分運(yùn)算放大器53，所述雪崩信號(hào)鑒別輸出電路6的輸入端接在差分運(yùn)算放大器53的輸出端上。這里采用了兩支同型號(hào)的雪崩光電二極管，最大限度的保證了其電容特性的一致性，將其串聯(lián)后，再用同樣幅度、頻率和脈寬的兩個(gè)門(mén)脈沖分別激勵(lì)此雙APD，使其產(chǎn)生極性相反的尖峰脈沖。 在第一雪崩光電二極管D3的負(fù)極與正極性偏壓2之間連接有第一限流電阻R21，在第二雪崩光電二極管D4正極與負(fù)極性偏壓3之間連接有第二限流電阻R41。如圖3，所述正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路I包括順次連接的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器11，微分電路12，高速ECL比較器13，壓縮整形放大電路14。時(shí)鐘脈沖發(fā)生器11用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。微分電路12用于調(diào)脈寬,所述微分電路12包括電容C2和電阻R10，電容C2的一端與時(shí)鐘脈沖發(fā)生器11的輸出端連接，電容C2的另一端與電阻RlO的一端和高速ECL比較器13的正相輸入端連接，電阻RlO的另一端接地。所述高速ECL比較器13的反相輸入端由外部提供的精準(zhǔn)電壓作為比較閾值，所述高速ECL比較器13上設(shè)有輸出正脈沖的第一輸出端Q和輸出負(fù)脈沖的第二輸出端g。高速ECL比較器13產(chǎn)生正負(fù)兩路對(duì)稱(chēng)脈沖分別從第一輸出端Q和第二輸出端β輸出。壓縮整形放大電路14使正負(fù)兩路脈沖保持一致脈沖與幅度加在第一雪崩光電二極管D3、第二雪崩光電二極管D4上。壓縮整形放大電路14包括第一寬帶放大器141和第二寬帶放大器142,第一寬帶放大器141的輸入端與高速ECL比較器13的第一輸出端Q之間連接有第一脈沖壓縮電路143，第二寬帶放大器142的輸入端與高速ECL比較器13的第二輸出端&之間連接有第二脈沖壓縮電路144。第一脈沖壓縮電路143，第二脈沖壓縮電路144的電路結(jié)構(gòu)相同。第一脈沖壓縮電路143由電阻R2、R3、R4、R5，固定電容Cl和可調(diào)電容C9組成，第二脈沖壓縮電路144由電阻R12、R13、R15、R16，固定電容C5和可調(diào)電容ClO組成。時(shí)鐘脈沖發(fā)生器11產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)C2和RlO組成的微分電路形成微分信號(hào)再進(jìn)入高速ECL比較器13的正相輸入端，其反相輸入端由外部提供的精準(zhǔn)電壓作為比較閾值，可以由電阻分壓獲得，也可以由電壓源提供，高速ECL比較器13輸出的脈沖寬度就是由比較閾值決定，高速ECL比較器13有第一輸出端Q和第二輸出端^輸出的信號(hào)為對(duì)稱(chēng)的、正負(fù)相反的脈沖，它們分別通過(guò)脈沖壓縮電路壓縮后，兩路脈沖再分別通過(guò)寬帶放大器提聞其幅度，最終輸出A、B兩路窄脈沖。如圖4，在第一雪崩光電二極管D3負(fù)極、第二雪崩光電二極管D4正極與第一寬帶放大器141、第二寬帶放大器142輸出端之間連接有鉗位電路。鉗位電路由肖特基二極管D1、D2和電容C8、C6組成，鉗位電路將基準(zhǔn)電平鉗制在零點(diǎn)位。所述第一取樣電路51包括第一取樣電阻R36和第一傳輸線變壓器Tl,第一取樣電阻R36連接在第一雪崩光電二極管D3正極和負(fù)極性偏壓3之間，第一傳輸線變壓器Tl的初級(jí)線圈兩端分別連接在第一取樣電阻R36兩端，第一傳輸線變壓器Tl的次級(jí)線圈一端與差分運(yùn)算放大器53的一個(gè)輸入端連接，第一傳輸線變壓器Tl的次級(jí)線圈另一端接地；所述第二取樣電路52包括第二取樣電阻R26和第二傳輸線變壓器T2，第二取樣電阻R26連接在第二雪崩光電二極管D4正極和負(fù)極性偏壓3之間，第二傳輸線變壓器T2的初級(jí)線圈兩端分別連接在第二取樣電阻R26兩端，第二傳輸線變壓器T2的次級(jí)線圈一端與差分運(yùn)算放大器53的另一個(gè)輸入端連接，第二傳輸線變壓器T2的次級(jí)線圈另一端接地。雪崩信號(hào)鑒別輸出電路6包括鑒別高速比較器61。
電源VCC和VEE是由外部提供的正負(fù)雙極性高壓，他們分別通過(guò)限流電阻R21和R41與正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路I輸出的兩門(mén)脈沖匯合，共同加載在第一雪崩光電二極管D3、第二雪崩光電二極管D4的兩端。所述第一取樣電阻R36用于將第一雪崩光電二極管D3產(chǎn)生的雪崩電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?，然后通過(guò)匝數(shù)比是1:1的第一傳輸線變壓器Tl將信號(hào)傳輸?shù)胶蠹?jí)，與此同時(shí)，雙極性高壓與脈沖同時(shí)也加載在另一個(gè)具有相同結(jié)電容的第二雪崩光電二極管D4上，其產(chǎn)生的容性噪聲與第一雪崩光電二極管D3產(chǎn)生的非常相似，所述第二取樣電阻R26用于將第二雪崩光電二極管D4產(chǎn)生的雪崩電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷?，然后通過(guò)匝數(shù)比是1:1的第二傳輸線變壓器T2將信號(hào)傳輸?shù)胶蠹?jí),第一傳輸線變壓器Tl、第二傳輸線變壓器T2輸出的信號(hào)同時(shí)進(jìn)入差分運(yùn)算放大器53,這樣一來(lái),第一雪崩光電二極管D3的容性噪聲就很好的消除，雪崩信號(hào)就被很好的顯露出來(lái)。夾雜著少量噪聲的雪崩信號(hào)再通過(guò)鑒別高速比較器61進(jìn)行鑒別，從而得到高效的單光子計(jì)數(shù)。本發(fā)明利用雙極性窄脈沖配合雙極性偏壓作為雪崩光電二極管的激勵(lì)源，降低了傳統(tǒng)的門(mén)模式對(duì)于門(mén)脈沖的要求，實(shí)現(xiàn)了高速近紅外單光子探測(cè)。使用的元器件可以如下選擇Cl:5pF C2:1OOpF C5:5pF C6:15nF C8:15nFC9:20pF 可調(diào) CIO: 20pF 可調(diào)C20:15pF C415:0.1uF C416:56uF C417:0.1uFC418:0.1uF C420:0.1uF C421:0.1uF C424:0.1uFRl: 300 Ω R2:150Q R3:150Q R4:150Q R5:150QR6:100Q R7:300 Ω R8:300 Ω R9:300 Ω RIO: 50 ΩR12:150Q R13:150Q R14:300Q R15:150Q R16:150QR17:100Q R18:300Q R21:56kQ R25:100Q R26:50QR27:50Q R35:510Q R36:50Q R37:50Q R40:510QR41:56kQ R413:25Q R414:220Q R415:10Q R416:10QR417:10kQ R418:510Q R419:510QDl,D2:肖特基二極管Tl, T2:ETC1-1-13U1:AD80009 U2:AD96685 U3:AD8351 U4:AD96685。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)稱(chēng)雙Aro平衡的近紅外單光子探測(cè)器，其特征在于包括順次連接的正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路(1)，雙APD平衡電路(4)，雪崩信號(hào)提取電路(5)，雪崩信號(hào)鑒別輸出電路(6);所述雙APD平衡電路(4)包括兩個(gè)具有相同結(jié)電容的第一雪崩光電管D3、第二雪崩光電管D4，在第一雪崩光電管D3的負(fù)極上連接有正極性偏壓(2)，第一雪崩光電管D3的負(fù)極與正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路(I)的正極性窄脈沖輸出端連接，第一雪崩光電管D3的正極與第二雪崩光電管D4的負(fù)極連接，第二雪崩光電管D4正極與正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路(I)的負(fù)極性窄脈沖輸出端連接；在第二雪崩光電管D4正極上連接有負(fù)極性偏壓(3);所述雪崩信號(hào)提取電路(5)包括將第一雪崩光電管D3產(chǎn)生的雪崩電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱牡谝蝗与娐?51)以及將第二雪崩光電管D4產(chǎn)生的雪崩電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱牡诙与娐?52)， 在第一取樣電路(51)和第二取樣電路(52)的輸出端連接有將第一雪崩光電管D3、第二雪崩光電管D4產(chǎn)生的容性噪聲進(jìn)行差分消除的差分運(yùn)算放大器(53)，所述雪崩信號(hào)鑒別輸出電路(6)的輸入端接在差分運(yùn)算放大器(53)的輸出端上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)稱(chēng)雙AH)平衡的近紅外單光子探測(cè)器，其特征在于在第一雪崩光電管D3的負(fù)極與正極性偏壓(2)之間連接有第一限流電阻R21，在第二雪崩光電管D4正極與負(fù)極性偏壓(3)之間連接有第二限流電阻R41。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種對(duì)稱(chēng)雙APD平衡的近紅外單光子探測(cè)器，其特征在于所述正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路(I)包括順次連接的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器(11)，用于調(diào)脈寬的微分電路(12)，產(chǎn)生正負(fù)兩路對(duì)稱(chēng)脈沖的高速ECL比較器(13)，使正負(fù)兩路脈沖保持一致脈沖與幅度加在第一雪崩光電管D3、第二雪崩光電管D4上的壓縮整形放大電路(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種對(duì)稱(chēng)雙APD平衡的近紅外單光子探測(cè)器，其特征在于所述微分電路(12)包括電容C2和電阻R10，電容C2的一端與時(shí)鐘脈沖發(fā)生器(11)的輸出端連接，電容C2的另一端與電阻RlO的一端和高速ECL比較器(13)的正相輸入端連接，電阻 RlO的另一端接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種對(duì)稱(chēng)雙APD平衡的近紅外單光子探測(cè)器，其特征在于所述高速ECL比較器(13)的反相輸入端由外部提供的精準(zhǔn)電壓作為比較閾值,所述高速ECL 比較器(13)上設(shè)有輸出正脈沖的第一輸出端Q和輸出負(fù)脈沖的第二輸出，舊
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種對(duì)稱(chēng)雙APD平衡的近紅外單光子探測(cè)器，其特征在于壓縮整形放大電路(14)包括第一寬帶放大器(141)和第二寬帶放大器(142)，第一寬帶放大器(141)的輸入端與高速ECL比較器(13)的第一輸出端Q之間連接有第一脈沖壓縮電路 (143)，第二寬帶放大器(142)的輸入端與高速ECL比較器(13)的第二輸出端^之間連接有第二脈沖壓縮電路(144)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種對(duì)稱(chēng)雙APD平衡的近紅外單光子探測(cè)器，其特征在于在第一雪崩光電管D3負(fù)極、第二雪崩光電管D4正極與第一寬帶放大器(141)、第二寬帶放大器(142)輸出端之間連接有鉗位電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)稱(chēng)雙APD平衡的近紅外單光子探測(cè)器，其特征在于所述第一取樣電路(51)包括第一取樣電阻R36和第一傳輸線變壓器Tl,第一取樣電阻R36連接在第一雪崩光電管D3正極和負(fù)極性偏壓(3)之間，第一傳輸線變壓器Tl的初級(jí)線圈兩端分別連接在第一取樣電阻R36兩端，第一傳輸線變壓器Tl的次級(jí)線圈一端與差分運(yùn)算放大器(53)的一個(gè)輸入端連接，第一傳輸線變壓器Tl的次級(jí)線圈另一端接地；所述第二取樣電路(52)包括第二取樣電阻R26和第二傳輸線變壓器T2，第二取樣電阻R26連接在第二雪崩光電管D4正極和負(fù)極性偏壓(3)之間，第二傳輸線變壓器T2的初級(jí)線圈兩端分別連接在第二取樣電阻R26兩端，第二傳輸線變壓器T2的次級(jí)線圈一端與差分運(yùn)算放大器(53)的另一個(gè)輸入端連接，第二傳輸線變壓器T2的次級(jí)線圈另一端接地。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種對(duì)稱(chēng)雙APD平衡的近紅外單光子探測(cè)器，其特征在于雪崩信號(hào)鑒別輸出電路(6)包括鑒別高速比較器(61)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)稱(chēng)雙APD平衡的近紅外單光子探測(cè)器，包括順次連接的正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路，雙APD平衡電路，雪崩信號(hào)提取電路，雪崩信號(hào)鑒別輸出電路；所述雙APD平衡電路包括兩個(gè)串聯(lián)在一起具有相同結(jié)電容的雪崩光電二極管，在兩個(gè)雪崩光電二極管串聯(lián)后的兩端連接有正、負(fù)極性偏壓，兩個(gè)雪崩光電二極管與正負(fù)雙極性窄脈沖產(chǎn)生電路的兩個(gè)輸出端；所述雪崩信號(hào)提取電路包括將雪崩光電二極管產(chǎn)生的雪崩電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱娜与娐?，在取樣電路輸出端連接有將兩個(gè)雪崩光電二極管產(chǎn)生的容性噪聲進(jìn)行差分消除的差分運(yùn)算放大器，所述雪崩信號(hào)鑒別輸出電路的輸入端接在差分運(yùn)算放大器的輸出端上。本探測(cè)器能較完美的抑制APD尖峰噪聲，達(dá)到很高的抑制比，實(shí)現(xiàn)較寬頻域和較高工作頻率的尖峰噪聲平衡抑制探測(cè)。
文檔編號(hào)G01J11/00GK102998008SQ20121049996
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者梁崇智, 曾和平, 梁焰 申請(qǐng)人:廣東漢唐量子光電科技有限公司